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活性炭对乙苯脱氢的研究

发布时间: 2021-11-29  点击次数: 59次

  随着氧化剂的使用允许克服经典脱氢反应的热力学限制,烃的氧化脱氢已经被多年的关注。在本次内容中,讲述了了乙苯在硝基苯存在下的催化氧化脱氢。在该过程中,测试了负载在高微孔活性炭上的各种金属催化剂(Fe,Co或V)以及由废料制备的无载活性炭。催化测试的结果表明,与非氧化条件下的反应相比,使用硝基苯可以获得显着更高的苯乙烯产率。在每种情况下,除苯乙烯外,还形成了苯胺。产生碳质矿床作为副产物。因此,观察到催化活性随反应时间的迅速降低。无载活性炭显示出相当好的催化性能。一般来说,在活性炭上支持的活性相含量越高,有可能催化活性越差。建议金属颗粒的分散在该过程中起重要作用。

  乙苯的催化脱氢导致苯乙烯广泛用于制造聚苯乙烯和不同苯乙烯共聚物(例如丙烯腈,丁二烯和苯乙烯的ABS三元共聚物,SBR-丁苯橡胶或SAN-苯乙烯丙烯腈共聚物)。这些产品适用于家用电器,汽车零部件,玩具,食品容器,等的制造。苯乙烯生产的工业方法存在以下缺点:乙苯脱氢受热力学限制,因此产率苯乙烯形成的振荡仅为50%左右,反应强烈吸热,因此 必须使用高温(> 650 ℃)和大量过热蒸汽,催化剂不可逆地失活。所有这些限制都促使科学家寻求另一种更可行的苯乙烯生产方法。

活性炭吸附海水中的铀

  活性炭作为不同金属的载体。将前体粉碎,然后用固体氢氧化钾在800 ℃下化学活化45 分钟(活性炭与氢氧化钾的重量比为1:4)。所得产物用5%HCl和蒸馏水洗涤,并在110 ℃下干燥过夜。通过初始润湿浸渍获得金属/ 活性炭催化剂。金属活性炭前体是在 1M的偏钒酸铵或偏钒酸铵中的硝酸铁或钴的溶液,其在1M草酸溶液中(以获得0.02,1,5,10或20%的金属负荷所必需的浓度)。 活性炭样品在氦气氛中在460 ℃下进行热处理1 小时,然后 在相同温度下用氢气还原2 小时。以这种方式获得的催化剂按照以下方案进行标记:x%Me / AC,其中x%表示金属相的量,Me = 支持在活性炭上的Fe,Co或V。

活性炭吸附海水中的铀

  表1给出了我们实验室获得的活性炭和选择的Me / 活性炭催化剂的结构参数数据。正如从结果如下,供化学活化聚对苯二甲酸乙酯的使用氢氧化钾的允许获得材料与由所述活性炭样本的大的表观比表面积证实发达的微孔结构。该载体是典型的微孔材料,其表现为外表面积对孔表面总面积的贡献率低于4.4%,并且对微孔体积与总孔体积的贡献率高于86% 。此外,对于载体获得的XRD图(图1)显示,活性炭必须被认为是具有仅有小的石墨晶体域的基本上无定形的材料。这表现在两个非常弱和广泛的反射峰,在40-46°(C(101))和15-30°(C(002)),这两个典型的活性炭 。

  为了获得有关材料结构和活性炭的活性相在制备催化体系中的分布的更多信息,使用TEM和SEM技术研究了选定的样品。图1 a-f显示了所选Me / 活性炭(1%和20%的金属)获得的TEM显微照片。在所有情况下观察到的黑点证实了所生产的材料中存在的活性炭。然而,可以看出,具有不同量的金属相的催化剂之间存在一些重要的区别。如图1所示。如图 4a所示,在1%Fe / 活性炭的情况下,金属颗粒很好地分散在活性炭表面上。此外,粒度分布非常窄(60-120nm )。在碳表面上沉积更多量的金属相导致一些金属颗粒的聚集。其结果是,20%的Fe / 活性炭(TEM图像中图4 D)一些小暗点(对应于约25尺寸的小金属颗粒纳米)以及在大的(对应于大小的金属团块约440nm )。这表明催化剂表面不均匀。在Co / 活性炭催化剂的情况下观察到相同的现象。为1%的Co / 活性炭样品(获得微粒和相对良好的金属分散图1 b)中,而20%的Co /活性炭显示显著更大和更随机分散的金属粒子(图1 e)所示。对于V / 活性炭催化剂,情况完全不同( 图1c和f)。在这两种情况下,金属的分散不令人满意。还发现,对于两种钒催化剂,存在形成大团聚体的很大倾向。

活性炭吸附海水中的铀

  在表2中。可以看出,在所有情况下,苯胺的产率在反应开始时获得。次测量(过程24 分钟)后,此参数在8-26%的范围内,具体取决于使用的材料。不幸的是,催化剂的失活快速发生,类似地,如在乙苯脱氢的情况下所报道的那样。如前所述,这种现象是阻塞催化剂孔的结果。的催化剂为0.02%V / 活性炭 - 在使用活性炭的24 分钟后,苯胺产率约为26.3%。然而,这种材料失效相当快,48 分钟后,苯胺的产率约为9.9%。无负载活性炭在整个过程中显示出苯胺形成的活动之一。

  最后的结论是高金属负载样品的表观表面积和孔体积明显小于无负载活性炭,而金属含量低的样品表现出与载体相似的结构表征。制备的所有材料在硝基苯存在下乙苯的脱氢活性较高,提供形成两种有用产物苯乙烯和苯胺的可能性。在所有情况下,在反应开始时观察到这些化合物的产率。随着该过程的时间,苯乙烯和苯胺的量降低,显然是由于由试剂形成的碳质沉积物堵塞催化剂的孔的结果。发现具有较小量的金属相的样品在苯乙烯形成中表现出更好的性能,这可能与在这种情况下观察到的更小的平均粒度和更好的金属分布有关。还发现催化剂的活性及其表观表面积之间的关系。获得了无载活性炭的效果之一。只有使用少量钒的活性炭才能提高在所研究的反应中制备的催化剂的活性。

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